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Le guide ultime des roulements haute température
Les roulements à haute température sont des composants indispensables et importants dans l’industrie moderne. Ils sont conçus pour être utilisés dans des environnements à températures extrêmes et maintiennent des performances et une fiabilité stables dans des conditions de températures élevées. Les roulements à haute température sont largement utilisés dans la métallurgie, les fours, la fabrication du verre, les fours de traitement thermique, les fours de peinture automobile et d'autres domaines. Dans ces applications, les roulements ordinaires sont sujets aux pannes en raison de leur incapacité à résister à des températures élevées. L'utilisation de roulements à haute température est donc particulièrement importante. Cet article détaillera la définition, les avantages, les matériaux, les types, les applications, les méthodes d'installation, les principaux fabricants et les méthodes de sélection des roulements haute température, et vous fournira des réponses complètes aux questions fréquemment posées.
L'utilisation de roulements dans des environnements à haute température présente de nombreux défis. Voici quelques problèmes courants et leurs descriptions détaillées :
Dégradation des matériaux
Les températures élevées accélèrent le vieillissement et la fatigue des matériaux des roulements. Les métaux et les plastiques deviennent cassants à haute température, entraînant une diminution de leurs propriétés mécaniques. Une exposition à long terme à des environnements à haute température entraînera des changements microstructuraux dans les matériaux des roulements, réduisant leur résistance et leur ténacité, conduisant finalement à une défaillance des roulements.
Panne de lubrification
Les environnements à haute température posent de grands défis aux lubrifiants. Les huiles et graisses lubrifiantes traditionnelles se décomposeront thermiquement à haute température, perdront leurs propriétés lubrifiantes et augmenteront l’usure et la friction. La détérioration du lubrifiant affectera non seulement l'effet de lubrification du roulement, mais entraînera également une augmentation de la chaleur de friction, détériorant davantage l'environnement de travail du roulement.
Dilatation thermique
Les matériaux se dilatent à haute température et différents matériaux ont des coefficients de dilatation thermique différents, ce qui peut entraîner une modification du jeu à l'intérieur du roulement. Si l'écart entre les bagues intérieure et extérieure d'un roulement devient trop petit, le roulement peut se gripper, augmenter la friction et l'usure, et finalement conduire à une défaillance du roulement.
Accélération de la corrosion
Dans un environnement à haute température, si des gaz ou des liquides corrosifs sont présents, la température élevée accélérera les réactions chimiques et provoquera la corrosion des matériaux des roulements. La corrosion endommagera non seulement la surface du roulement, mais affectera également sa structure interne, réduisant ainsi la durée de vie et les performances du roulement.
Problème de jeu interne
Des températures élevées peuvent entraîner des modifications des jeux internes des roulements. Si elle n'est pas correctement conçue, la dilatation thermique peut entraîner une augmentation de la pression interne, provoquant des dommages structurels. L'écart standard peut ne plus être applicable à des températures élevées et doit être ajusté en fonction de la situation réelle.
Problèmes de fiabilité et de maintenance
Les environnements à haute température exigent une fiabilité et une durabilité plus élevées des roulements, et dans le même temps, les cycles de maintenance et d'inspection peuvent devoir être fréquents. Une température élevée accélérera la détérioration des lubrifiants et le vieillissement des matériaux. Un remplacement fréquent des lubrifiants et une inspection de l'état des roulements sont nécessaires pour éviter des pannes inattendues.
Analyse de cas spécifique
En prenant comme exemple les roulements à billes à gorge profonde produits par NSK, lorsque les roulements à billes standard fonctionnent dans un environnement dépassant 100 °C, les dimensions changent, provoquant une rotation lente de la bague intérieure par rapport au siège du roulement. Ce phénomène est appelé fluage de la bague intérieure. Le fluage de la bague intérieure peut provoquer des rayures, du bruit, des vibrations et une usure du roulement, conduisant finalement à une défaillance prématurée du roulement. De plus, les joints et lubrifiants standards se détériorent rapidement lorsque les températures dépassent 100 ºC. Les joints en caoutchouc nitrile standard des roulements à billes à gorge profonde ont une température de fonctionnement maximale d'environ 110 °C, et les graisses standard sont limitées à cette plage de températures.
Fluage de la race intérieure
Le fluage de la bague intérieure est un problème sérieux auquel sont confrontés les roulements dans des environnements à haute température. La bague intérieure du roulement peut tourner lentement à l'intérieur du boîtier en raison de la dilatation du matériau provoquée par l'augmentation des températures. Ce phénomène provoquera des vibrations et du bruit anormaux lorsque le roulement fonctionne et aggravera l'usure du roulement.
Défaillance des joints et des lubrifiants
Les températures élevées peuvent entraîner une dégradation rapide des performances des matériaux des joints de roulement et des lubrifiants. Les joints en caoutchouc nitrile peuvent se briser au-dessus de leur température de fonctionnement maximale, provoquant des fuites de lubrifiant et une contamination. La graisse se décompose à haute température, perd son effet lubrifiant et augmente la friction et l'usure des roulements.
Effet de la dilatation thermique
Les roulements sont conçus avec un jeu interne pour compenser l'ajustement et la dilatation thermique. Cependant, lorsque des différences de température élevées existent, le jeu standard peut être considérablement réduit, ce qui oblige le roulement à supporter des charges radiales et à l'écaillage par fatigue des chemins de roulement à l'intérieur du roulement, conduisant souvent à une défaillance du roulement.
Que sont les roulements haute température ?
Roulements haute température sont des roulements spécialement conçus pour fonctionner dans des environnements à haute température. Les roulements ordinaires fonctionnent généralement dans une plage de températures de -20°C à 120°C, tandis que les roulements à haute température sont capables de maintenir leurs performances et leur fiabilité à des températures de 150°C à 350°C ou même plus. Les roulements à haute température doivent non seulement être résistants à la chaleur, mais ils doivent également faire face à la dilatation des matériaux causée par les températures élevées, aux problèmes de lubrification et à d'autres problèmes de stabilité thermodynamique et chimique associés.
La conception des roulements à haute température prend en compte divers facteurs, tels que la sélection de matériaux résistants à la chaleur, l'utilisation de lubrifiants et des processus de fabrication spéciaux, pour garantir un fonctionnement stable à long terme dans des environnements à haute température. Les roulements à haute température typiques comprennent les roulements à billes à gorge profonde, les roulements à rouleaux et les butées, etc. Ils sont largement utilisés dans diverses machines et équipements nécessitant des opérations à haute température.
Avantages des roulements haute température
Les roulements haute température présentent des avantages significatifs dans les applications industrielles, qui se reflètent principalement dans les aspects suivants :
1. Résistance à haute température: Les roulements à haute température peuvent maintenir des performances stables dans des conditions de température extrêmes et ne se déformeront pas ou ne tomberont pas en panne en raison de l'augmentation de la température.
2. Longue vie: Les roulements à haute température utilisant des matériaux et des lubrifiants spéciaux ont une longue durée de vie dans des environnements à haute température, réduisant ainsi la fréquence de remplacement.
3. Résistance à la corrosion: Les matériaux de roulements à haute température ont généralement une excellente résistance à la corrosion et conviennent à une utilisation dans des environnements chimiques difficiles.
4. Faible entretien : La conception des roulements à haute température maintient une bonne lubrification et une bonne résistance à l'usure dans des conditions de température élevée, réduisant ainsi la fréquence de maintenance et de remplacement.
5. Haute fiabilité: Dans des conditions de température et de charge élevées, il peut toujours fournir un fonctionnement stable et fiable, réduire le taux de défaillance des équipements et améliorer l'efficacité de la production.
Matériaux de roulement haute température
Le choix des matériaux des roulements haute température est crucial. Les matériaux courants pour les roulements à haute température comprennent :
Matériau céramique
Roulements en céramique sont largement utilisés en raison de leur excellente résistance aux températures élevées, de leur résistance à la corrosion et de leur faible densité. Les matériaux céramiques couramment utilisés comprennent le nitrure de silicium (Si3N4) et l'oxyde de zirconium (ZrO2). Ces matériaux peuvent maintenir des performances stables à des températures élevées et conviennent aux applications nécessitant une précision et une fiabilité élevées.
Inox
Les roulements en acier inoxydable ont une bonne résistance mécanique et une bonne résistance à la corrosion et sont souvent utilisés dans des applications qui supportent des températures et des charges élevées. Les matériaux en acier inoxydable haute température tels que 440C et 630 (17-4PH) ont été spécialement traités pour fonctionner de manière stable pendant une longue période dans des environnements à haute température.
Les roulements en matériaux hybrides combinent généralement des billes en céramique et des bagues intérieures et extérieures en acier, tirant parti des propriétés de faible friction et de résistance aux températures élevées de la céramique et de la capacité de charge élevée de l'acier, et sont largement utilisés dans les environnements à grande vitesse et à haute température.
Polymères hautes performances
Certains roulements haute température utilisent des polymères hautes performances, tels que le polytétrafluoroéthylène (PTFE) et le polyétheréthercétone (PEEK). Ces matériaux conservent une bonne résistance et stabilité à haute température et conviennent à la transformation des aliments et à la transformation chimique qui ne nécessitent aucune application résistante à la contamination et à la corrosion.
Types de roulements haute température
Les roulements haute température peuvent être divisés en différents types selon leur conception et leur utilisation :
Roulements à billes
Ce type de roulement présente une bonne résistance aux températures élevées et une large gamme d'applications. Il est souvent utilisé dans des équipements tels que les moteurs automobiles, les fours et les fours. Les roulements à billes à gorge profonde sont conçus pour résister aux charges radiales et axiales et conviennent pour une utilisation dans des opérations à grande vitesse.
Roulement à rouleaux
Ils comprennent des roulements à rouleaux cylindriques et des roulements à rotule sur rouleaux, qui conviennent aux environnements à haute température et à charges élevées et sont couramment utilisés dans des applications telles que la production d'acier et les machines à papier. Les roulements à rouleaux ont une capacité de charge élevée et peuvent maintenir des performances stables à des températures élevées.
Les roulements de butée peuvent résister à des charges axiales élevées et fonctionner correctement dans des environnements à haute température. Ils sont souvent utilisés dans des machines nécessitant une précision et une stabilité élevées. Les butées sont conçues pour maintenir une bonne lubrification et un faible frottement à haute température.
Industrie aerospatiale
Dans les composants des moteurs à réaction et des engins spatiaux, les roulements haute température résistent aux conditions difficiles de températures extrêmes et de fonctionnement à grande vitesse. L'industrie aérospatiale a des exigences très élevées en matière de roulements, qui nécessitent une fiabilité et une durabilité extrêmement élevées.
Industrie automobile
Les roulements à haute température jouent un rôle important dans les turbocompresseurs, les systèmes d'échappement et les composants de moteur et sont capables de résister à des environnements de travail à haute température et haute pression. Les roulements à haute température dans l'industrie automobile nécessitent une bonne résistance à l'usure et une longue durée de vie.
Fabrication d'acier
Dans les équipements tels que les machines de coulée continue, les laminoirs et les hauts fourneaux, les roulements à haute température peuvent résister à des températures extrêmement élevées et à de lourdes charges, garantissant ainsi la continuité et la stabilité de la production. Les roulements à haute température dans la fabrication de l'acier nécessitent une excellente résistance à la chaleur et à la fatigue.
L’industrie chimique
Dans les réacteurs chimiques, les pompes et les compresseurs, les roulements à haute température peuvent résister à la corrosion causée par les gaz et liquides corrosifs et maintenir un fonctionnement stable à long terme de l'équipement. L'industrie chimique a des exigences élevées en matière de résistance à la corrosion et de durabilité des roulements à haute température.
Installation de roulements haute température
L'installation de roulements haute température a un impact important sur leurs performances et leur durée de vie. Voici quelques précautions d’installation :
1. Environnement propre: Pendant le processus d'installation, assurez-vous d'un environnement propre pour empêcher la poussière et les corps étrangers de pénétrer dans le roulement.
2. Outils d'installation corrects: Utilisez des outils d'installation appropriés pour éviter des contraintes inégales ou des dommages aux roulements.
3. Lubrification appropriée: Selon le type de roulement et les conditions de travail, sélectionnez le lubrifiant haute température approprié pour assurer une lubrification suffisante.
4. Ajustement précis: L'ajustement entre le roulement, l'arbre et le siège du roulement doit être précis pour éviter une interférence insuffisante ou excessive, ce qui affecterait les performances du roulement.
5. Contrôle de la température: Lorsque vous travaillez dans un environnement à haute température, assurez-vous d'assurer une répartition uniforme de la température après l'installation du roulement pour éviter les échauffement.
Fabricant de roulements haute température
Il existe de nombreux fabricants de roulements haute température bien connus sur le marché qui proposent une variété de produits de roulements haute température hautes performances :
1.SKF: SKF propose une gamme de roulements rigides à billes et de roulements à rouleaux haute température adaptés à une variété d'applications à haute température avec d'excellentes performances et fiabilité.
2.NSK: Les produits de roulements haute température de NSK comprennent des roulements à billes à gorge profonde et des butées, qui utilisent des matériaux et des lubrifiants spéciaux pour maintenir un fonctionnement stable pendant une longue période dans des environnements à haute température.
3.FAG: FAG fournit des roulements à rouleaux et des roulements à billes haute température, largement utilisés dans les industries sidérurgique, automobile et chimique.
4.TIMKEN: Les produits de roulements à haute température de TIMKEN ont une bonne résistance aux hautes températures et à l'usure, et conviennent aux environnements difficiles à haute température.
Comment choisir des roulements haute température ?
Les facteurs suivants doivent être pris en compte lors de la sélection de roulements haute température :
1. Température de fonctionnement : Déterminez la température de fonctionnement maximale et continue de l'équipement et sélectionnez les roulements adaptés à cette plage de température.
2. Capacité de charge : en fonction de la charge de travail de l'équipement, sélectionnez des roulements capables de résister aux charges radiales et axiales.
3. Exigences de lubrification : Choisissez des lubrifiants adaptés aux environnements à haute température et assurez la fiabilité du système de lubrification.
4. Résistance à la corrosion : Lorsque vous travaillez dans un environnement corrosif, choisissez des matériaux et des revêtements résistants à la corrosion.
5. Installation et maintenance : Tenez compte de la commodité d'installation et des exigences de maintenance du roulement et choisissez des roulements faciles à installer et à entretenir.
Lors de la sélection de roulements à haute température, en plus des considérations de base ci-dessus, une analyse détaillée est également requise sur la base de scénarios d'application spécifiques. Voici les étapes de sélection détaillées :
Confirmer la température de fonctionnement
En fonction de la plage de températures de fonctionnement réelle de l'équipement, sélectionnez des roulements à haute température qui peuvent fonctionner de manière stable pendant une longue période à cette température. Tenez compte des gaz corrosifs, des liquides et d'autres influences chimiques potentielles dans l'environnement et sélectionnez des matériaux présentant une résistance à la corrosion correspondante.
Évaluer le type et la taille de la charge utile
En fonction du type de charge avec laquelle l'équipement travaille (charge radiale, charge axiale ou charge combinée), sélectionnez un type de roulement capable de supporter ces charges. Calculez la charge maximale que l'équipement peut rencontrer pendant le fonctionnement et assurez-vous que le roulement sélectionné peut fonctionner normalement sous cette charge sans panne.
Choisissez le bon lubrifiant
La lubrification est une garantie importante pour les performances des roulements à haute température. Choisissez des lubrifiants capables de maintenir des performances stables à haute température, tels que la graisse haute température, les lubrifiants solides (graphite, bisulfure de molybdène), etc. En fonction de l'environnement de travail et du type de roulement, déterminez la fréquence et la méthode de réapprovisionnement en lubrifiant pour garantir que le les roulements sont toujours dans un bon état de lubrification.
Déterminer le jeu interne du roulement
Dans les environnements à haute température, les matériaux des roulements subiront une dilatation thermique, affectant le jeu interne du roulement. Sélectionnez le type de jeu approprié (tel que C3, C4) pour vous adapter à l'expansion dans des conditions de température élevée afin de garantir que le roulement peut toujours fonctionner sans problème à haute température.
Envisagez l'installation et l'entretien des roulements
Choisissez des roulements faciles à installer et à entretenir pour garantir un processus d'installation fluide dans des environnements à haute température. Étant donné que les roulements à haute température nécessitent une inspection et un entretien fréquents, choisissez un type de roulement offrant une bonne maintenabilité afin de réduire les temps d'arrêt et les coûts de maintenance.
Conclusion
Les roulements haute température sont largement utilisés dans les environnements à haute température. Leur résistance supérieure aux hautes températures, leur résistance à la corrosion et leur longue durée de vie leur permettent de jouer un rôle important dans de nombreux domaines industriels. Choisir les bons roulements haute température, les installer et les entretenir correctement peut améliorer considérablement l'efficacité de fonctionnement et la fiabilité de l'équipement et réduire les temps d'arrêt et les coûts de maintenance. Le développement futur des roulements haute température continuera de s'appuyer sur l'application de nouveaux matériaux et de nouvelles technologies pour améliorer continuellement leurs performances et leur adaptabilité.
Foire Aux Questions (FAQ)
Q : Quelle est la température de fonctionnement maximale des roulements à haute température ?
R : La température de fonctionnement maximale des roulements à haute température se situe généralement entre 150°C et 350°C. Certains types spéciaux de roulements haute température peuvent résister à des températures plus élevées, telles que 500°C ou même plus.
Q : Quels sont les principaux matériaux des roulements haute température ?
Réponse : Les principaux matériaux des roulements à haute température comprennent la céramique (comme le nitrure de silicium, la zircone), l'acier inoxydable, les matériaux hybrides (billes en céramique combinées avec des bagues intérieures et extérieures en acier) et les polymères hautes performances (tels que le PTFE, le PEEK).
Q : Comment choisir un lubrifiant pour roulements haute température approprié ?
Réponse : La sélection d'un lubrifiant pour roulements haute température approprié nécessite de prendre en compte la température de fonctionnement et les conditions environnementales. Les lubrifiants à haute température doivent avoir une bonne stabilité thermique et une bonne résistance aux températures élevées, comme la graisse à haute température, le graphite ou les lubrifiants solides tels que le bisulfure de molybdène.
Q : Quelles sont les applications courantes des roulements haute température ?
Réponse : Les roulements à haute température sont largement utilisés dans l'aérospatiale, l'industrie automobile, la fabrication de l'acier, l'industrie chimique et d'autres domaines, et conviennent aux environnements à haute température, à charge élevée et corrosifs.
Q : À quoi dois-je faire attention lors de l’installation de roulements à haute température ?
Réponse : lors de l'installation de roulements à haute température, assurez-vous d'un environnement propre, utilisez les outils d'installation appropriés, sélectionnez des lubrifiants à haute température appropriés, assurez une coordination précise entre les roulements, les arbres et les sièges de roulement, contrôlez la répartition uniforme de la température et évitez la surchauffe locale.
Grâce à l'introduction détaillée ci-dessus, je pense que vous avez une compréhension plus approfondie des roulements à haute température. La sélection de roulements à haute température appropriés, leur installation et leur entretien corrects fourniront une garantie solide pour le fonctionnement efficace et stable de l'équipement.